考虑频率稳定约束的风储联合系统运行可靠性评估方法

本发明属于电力系统安全稳定分析与运行控制，具体涉及一种考虑频率稳定约束的风储联合系统运行可靠性评估方法。

背景技术：

1、目前，以风电为代表的可再生能源在电力系统中的渗透率持续提高。风力发电机组通过电力电子变流器并网，其运行机制与传统同步发电机有本质不同，导致系统等效惯量水平显著下降，削弱了电网抵御功率扰动的频率动态支撑能力。当系统发生大功率缺额故障时，易引发电网频率急剧跌落，威胁同步机组稳定运行，甚至引发连锁故障，严重损害系统运行可靠性。现有技术中，已有研究探讨了风电的频率支撑潜力、储能参与调频的策略以及系统频率稳定性评估。然而，仍存在以下不足：

2、1.多数研究将风机调频、储能响应与系统频率可靠性评估视为独立环节，缺乏从动态约束到稳态可靠的统一量化建模框架；

3、2.对频率安全边界的处理多作为优化目标或软约束，未能将其作为硬性安全边界嵌入控制策略生成与可靠性评估流程中；

4、3.传统可靠性评估主要关注静态的供电不足期望，未能量化频率动态过程中因频率越限导致的间接能量损失及发电机跳闸风险增加。

5、因此，亟需一种能够紧密耦合频率安全约束、风储协同控制与运行可靠性量化评估的一体化方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种考虑频率稳定约束的风储联合系统运行可靠性评估方法，解决了高风电渗透率电力系统中，因惯量降低导致的频率失稳风险，以及传统可靠性评估未充分考虑频率动态影响的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种考虑频率稳定约束的风储联合系统运行可靠性评估方法，包括以下步骤：

3、s1：构建计及频率安全约束的dfig风机-储能协同动态响应精细化模型；

4、所述模型包括dfig风机基于优化功率点跟踪的主动频率响应子模型和广义储能系统的等效惯性-下垂联合响应子模型；

5、s2：基于频率轨迹安全域开展系统惯量需求分析，并建立风储协同惯量分层优化分配策略，包括：

6、s21：建立系统受扰频率动态方程，并求解频率偏差时域解析解；

7、s22：根据预设的频率最低点阈值和稳态频率偏差限值，逆向求解风储系统需提供的最小总等效惯量；

8、s23：构建以调频成本最小化为目标、以频率安全为约束的优化分配模型，求解得到各风机虚拟惯量和各储能等效惯量的最优分配方案；

9、s3：构建计及频率致因风险的电力系统运行可靠性量化评估模型，包括：

10、s31：建立同步发电机频率敏感性条件跳闸概率模型；

11、s32：将一次频率事件中时变的跳闸概率转化为对长期平均故障率的等效修正；

12、s33：构建间接电能不足期望指标以量化频率恢复暂态过程中的附加电能损失；

13、s4：执行从动态安全校验到运行可靠性评估的一体化流程，包括：

14、s41：生成预想故障场景集合；

15、s42：对每一故障状态依次执行频率动态安全校验、可靠性后果评估；

16、s43：通过全状态概率聚合计算系统级电能不足期望和间接电能不足期望，输出评估结果。

17、进一步地，所述dfig风机基于优化功率点跟踪的主动频率响应子模型的构建包括：

18、建立优化功率点跟踪模式下转速调整量与系统频率偏差的比例关系：

19、

20、其中，为可调的比例系数；

21、根据修正后的转子转速参考值，确定等效曲线系数：

22、

23、

24、其中，为初始转子转速参考值，为最优系数；

25、确定风机有功功率增量：

26、

27、其中，为dfig风机的有功功率输出，为原mppt功率。

28、进一步地，所述广义储能系统的等效惯性-下垂联合响应子模型的构建包括：

29、定义储能系统响应频率偏差而动态调整的功率分量与系统频率变化率成正比：

30、

31、其中，为等效合成惯量，为时间；

32、确定储能输出功率的动态可行域约束：

33、

34、

35、其中，为储能输出功率，、为净功率输出上下限，、为动态功率上下限，为频率变化率安全上限，上标.表示一阶导数。

36、进一步地，所述系统受扰频率动态方程为：

37、

38、其中，为系统频率偏差，为功率缺额，为系统阻尼系数，为一次调频总功率；

39、频率偏差的时域解析解为：

40、

41、其中，为频率最低点时刻，为系统综合惯性常数。

42、进一步地，所述系统综合惯性常数为：

43、

44、其中，为同步机惯量，为dfig提供的虚拟惯量，为第台风机的等效惯量贡献，为第组储能的等效惯量贡献，为风机数量，为储能数量；

45、最小总等效惯量通过求解下式获得：

46、

47、

48、其中，为系统等效频率函数，为风储系统总等效惯量，为预设的频率最低点阈值，为频率最低点。

49、进一步地，所述优化分配模型的目标函数为：

50、

51、其中，为总调频成本，、分别为风机与同步机组的惯量成本等效系数，为风储系统总等效惯量下限，、分别为第台风机和第组储能的等效惯量贡献上限。

52、进一步地，所述同步发电机频率敏感性条件跳闸概率模型为：

53、

54、其中，为条件跳闸概率模型，为实时频率，为基础故障率，、为频率保护动作的绝对上下限，、为发电机频率正常运行区间上下限。

55、进一步地，所述将一次频率事件中时变的跳闸概率转化为对长期平均故障率的等效修正，具体包括：

56、计算扰动事件引发的频率动态过程中发电机的等效瞬时故障率：

57、

58、其中，为发电机的等效瞬时故障率，为发电机的平均故障率，为比例系数，为一次由扰动事件引发的频率动态过程；

59、计算该事件对长期平均故障率的贡献：

60、

61、其中，为一次由扰动事件引发的频率动态过程持续时间；

62、计算计及所有频率事件后发电机的年等效平均故障率：

63、

64、其中，为事件发生的频率，为所有可能引发显著频率越限的扰动事件集合；

65、修正后的发电机长期平均不可用率为：

66、

67、其中，为发电机平均修复率。

68、进一步地，所述间接电能不足期望指标eiens的构建方法包括：

69、计算故障状态下的一次调频间接损失：

70、

71、其中，为一次调频阶段结束时刻；

72、计算二次调频间接损失：

73、

74、其中，为二次调频阶段结束时刻；

75、计算故障状态下的总间接损失：

76、

77、计算系统级间接电能不足期望：

78、

79、其中，为系统故障状态的发生概率，为故障状态数量。

80、进一步地，所述s4中具体包括：

81、所述生成预想故障场景集合，具体包括：

82、输入基准系统参数并设定频率安全运行的量化边界，基于确定性准则或概率性抽样方法生成预想故障场景集合；

83、所述对每一故障状态依次执行频率动态安全校验、可靠性后果评估，具体包括：

84、对预想故障场景集合中每一故障，基于功率缺额调用步骤s1所建立的模型模拟风储联合系统的动态功率支撑，代入步骤s2的频率动态方程求解频率时域响应曲线，提取频率最低点及稳态值并进行安全校验；

85、将频率时域响应曲线代入步骤s3的模型计算各同步机组的瞬时跳闸概率并修正其等效故障率，进行最优负荷削减计算得到直接切负荷量，同时计算间接能量损失；

86、所述通过全状态概率聚合计算系统级电能不足期望和间接电能不足期望，输出评估结果，具体包括：

87、计算各故障状态的发生概率，聚合计算系统级电能不足期望和间接电能不足期望。

88、本发明的有益效果是：

89、本发明所提方法通过将频率最低点与稳态偏差等动态安全约束作为硬性条件，逆向求解并优化风储系统的协同调频策略，实现了暂态安全分析与运行可靠性评估的内在统一，使评估结果更为贴合高比例新能源电网对频率稳定的迫切需求。通过引入dfig的优化功率点跟踪控制与储能的等效惯性响应模型，构建了“经济优先、快速补充”的协同机制，在充分挖掘风机调频潜力的同时，保障了频率支撑的快速性与经济性。

90、本发明创新性地提出了“间接电能不足期望”指标，并建立了计及频率致因风险的发电机故障概率模型，从而能够更全面、精准地量化频率动态过程对系统长期供电可靠性的影响。最终，整套方法模型清晰、流程明确，具备良好的工程适用性，可为调度运行提供兼具安全性与经济性的量化决策依据，有效提升电网对高比例可再生能源接入的适应能力。